Les cytokines et leurs récepteurs. Laurence Guglielmi laurence.guglielmi@univ-montp1.frli

Les cytokines et leurs récepteurs Laurence Guglielmi laurence.guglielmi@univ-montp1.frli l i@ i 1

Les cytokines et leurs récepteurs 2 mécanismes principaux d interactions cellulaires : - contact membranaire interaction entre molécules complémentaires - médiateurs solubles (hormones, neurotransmetteurs, médiateurs lipidiques, cytokines, ) Les cytokines : - glycoprotéines de faible poids moléculaire (8 à 70 kda) produites par de très nombreux types cellulaires - elles permettent un dialogue entre cellules, régulant des fonctions biologiques extrêmement variées (prolifération, différenciation, activation, survie ou mort cellulaire) - elles sont impliquées dans : l inflammation la réponse immunitaire (innée et spécifique) l hématopoïèse

Dénomination des cytokines Cytokines = ensemble hétérogène de molécules Interleukines : IL-1, IL-35 Interférons : IFN-, IFN-, IFN, Tumor Necrosis Factor : TNF- TNF- Facteurs de croissance de transformation : TGF-, TGF- Facteur de croissance hématopoïétique : CSF Chimiokines : CCL ou CXCL

Propriétés générales des cytokines inhibition stimulant Les cytokines sont synthétisées par une cellule activée et se lient à des récepteurs membranaires spécifiques. inhibition inhibition cytokines Nécessité é d un contrôle efficace de l activité biologique des cytokines afin de limiter leurs effets dans le temps et dans l espace. inhibition récepteur Une même cytokine peut être produite par plusieurs types cellulaires Une même cellule l peut produire différentes cytokines Activité comprise entre le nanomole et le picomole. Effets biologiques

Propriétés générales des cytokines Signal activateur Action AUTOCRINE Signal activateur Action PARACRINE Cellule voisine Signal activateur vaisseau sanguin Ati Action ENDOCRINE Cellule distante

Propriétés générales des cytokines Pléiotropie Une même cytokine peut avoir plusieurs effets. Expl : IL 4 cellule B activation prolifération différenciation T cellule T activée thymocyte mastocyte t prolifération prolifération Cellules cibles Effets

Propriétés générales des cytokines Redondance Un même effet peut être obtenu par différentes cytokines se fixant chacune sur leur récepteur spécifique. IL 2 IL 4 Prolifération IL 5 cellule B

Propriétés générales des cytokines Antagonisme Expl : IL 4 T IgE cellule T activée IFN cellule B L IFN inhibe la production d IgE induite par l IL 4.

Propriétés générales des cytokines Activité en cascade La plupart des cytokines entrainent des réactions en cascade en induisant la production d une autre cytokine par les cellules cibles. Expl : IFN IL 12 T cellule T activée macrophage cellule cible

Propriétés générales des cytokines Activité en cascade et en réseau. TGF IL 10 IL 4 IL 13 LPS TNF IL 3 GM CSF IFN IFN PDGF IL 1 IL 6

Récepteurs des cytokines Les récepteurs de cytokines peuvent être classés en famille selon la présence de motifs communs dans leur structure primaire. G-CSF-R gp130 IL-6-R IL-2-R IL-2-R IL-4-R IL-3-R IL-5-R GM-CSF EPO-R TNF-R NGF-R CD40 CD27 IFN -R IFN / -R IL-1-R M-CSF-R PDGF-R CCR Récepteurs des Récepteurs Récepteurs des Récepteurs de la Récepteurs des hématopoïétines des TNF interférons superfamille des Ig chimiokines

Récepteurs des hématopoïétines Famille comprenant le plus grand nombre de membres. Structure : La partie extra-cellulaire comprend deux domaines : - l un avec 4 résidus Cys dont la position est très conservée, - l autre avec un motif W-S-X-W-S. W S La partie intra-cytoplasmique est de longueur variable sans activité tyrosine kinase intrinsèque. (100 AA) (100 AA) (13 à 577 AA) Nter 4 Cystéines Motif tifwsxws (Trp Ser X Trp Ser) pas d activité tyrosine kinase intrinsèque

Signalisation des récepteurs des hématopoïétines 1. Fixation de la cytokine Jak Jak 2. Oligomérisation des récepteurs et association avec les tyrosines kinases cytoplasmiques JAK P Jak Jak P 3. Phosphorylation des JAK SOCS P Jak P STAT STAT P STAT P Jak P P STAT 4. Phosphorylation des protéines STAT cytoplasmiques par les JAK activées 5. Homodimérisation ou hétérodimérisation des STAT Régulation possible de le transmission du signal par contrôle retroactif négatif : les STAT peuvent induire l expression lexpression de protéines SOCS qui vont rentrer en compétition avec les STAT et avoir un effet régulateur négatif. 6. Translocation dans le noyau et activation de la transcription ti JAK = Janus Kinase (4 membres JAK1, JAK2, JAK3 et Tyk2) STAT = Signal Transducers and Activators of Transcription (6membres : STAT1 à STAT6) SOCS = Suppressor Of Cytokine Signaling

Composition multimérique des récepteurs des hématopoïétines A l exception de certains récepteurs formant des homodimères, les récepteurs de cytokines sontcomposés de 2 ou 3 chaînes distinctes : une chaîne qui assure la spécificité vis à vis du ligand, une ou deux chaînes ( et ) ) qui s associent au complexe chaine + cytokine pour former un récepteur de haute affinité et transmettre le signal. chaîne (CD25) membrane cellulaire IL-2 Chaîne extérieur intérieur chaîne Transduction du signal

Composition multimérique des récepteurs des hématopoïétines Différents récepteurs peuvent partager une chaîne commune (expliquant ainsi la redondance fonctionnelle des cytokines). Expl : Les récepteurs de l IL 2, IL 4, IL 7, IL 7, IL 9 et IL 15 partagent une ou deux chaînes. Pour tous ces récepteurs, la chaîne, spécifique de la cytokine, est associée à la chaîne du récepteur de l IL 2, appelée «chaine commune ( c)». IL-2 IL-4 IL-7 Extérieur Intérieur IL-2-R IL-2-R IL-2-R IL-4-R IL-2-R IL-7-R IL-2-R Des mutation du gène codant la chaîne c sont responsables de déficits immunitaires sévères X SCID (X linked Severe Combined ImmunoDeficiency) caractérisés par une absence de cellule T (IL 7), de cellules NK matures (IL 15), et la présence de B déficients fonctionnellement (IL 4) IL-15 IL-15-R IL-2-R IL-2-R

Composition multimérique des récepteurs des hématopoïétines Un moyen de réguler la réponse à une cytokine est de réguler l expression d au moins une chaîne du récepteur fonctionnel. Récepteur de faible affinité de l IL 2 IL 2R T4 IL 2R IL 2 Récepteur de haute affinité de l IL 2 IL 2R L activation du LT par l Ag entraîne : T4 l expression de la chaîne du récepteur de l IL 2 lil2 à la membrane qui s associe alors aux chaînes et pour former le récepteur de haute affinité de l IL 2, TCR CD4 Au repos, les lymphocytes T (LT) n expriment que ele récepteur de faible affinité de l IL 2 (formé des chaînes et ) peptide antigénique CHM classe II Cellule dendritique la synthèse d IL 2 qui induit la prolifération uniquement des LT activés.

RECEPTEURS SOLUBLES Des formes solubles ont été mises en évidence pour la majorité des récepteurs de cytokine, permettant alors une régulation des activités ités biologiques i de leurs ligands. Elles résultent : - soit d un clivage protéolytique des formes membranaires, - soit d épissage alternatif des ARNm. Elles conservent la capacité de se lier spécifiquement à leur cytokine, avec cependant une affinité légèrement inférieure à celle de la forme membranaire. Pas de consensus général sur leur rôle physiologique : - fonction antagoniste du récepteur : empêche la cytokine de se fixer sur le récepteur membranaire, - rôle «carrier», protecteur : protège la cytokine d une dégradation protéolytique.

quelques exemples de régulation de l action des cytokines : IL 1 IL 1ra stnf R IL 1 R IL 1Ra : antagoniste de l IL 1R L IL 1Ra se lie eu récepteur de l IL 1 sans induire de transduction du signal. Il bloque ainsi, par compétition pour le même récepteur, l action de l IL 1. macrophage TNF TNF R stnf R : récepteur soluble du TNF A faible concentration, le stfn R protège la cytokine de la dégradation. A forte concentration, le stnf R à un effet antagoniste avec le récepteur membranaire, limitant l action de la cytokine dans le temps et dans l espace. IL 6R (chaîne ) gp130 IL 6 IL 6Rs 1 2 3 Activation i Activation i Blocage gp130 s sil 6R : récepteur de l IL 6 soluble 1 Le récepteur fonctionnel de l IL 6 est composé d une chaîne (spécificité) associée à deux chaînes gp130 (signalisation). 2 En se combinant à son ligand, le sil 6R peut induire un signal à toutes cellules exprimant des gp130 membranaires. 3 Rôle antagoniste du complexe sil 6R + gp130 soluble qui entre en compétition avec le récepteur membranaire.

Récepteurs des TNF (Tumor necrosis factor) Famille comprenant plus d une 20aine de récepteurs, mais également un certain nombre de molécule comme le CD40 TNF TNF Structure : récepteurs homotrimériques membranaires ou solubles TNF R1 CD120a TNF R2 CD120b Sous groupe : o les Récepteurs de Mort (Death Receptor) : 6 membres dont les récepteurs du FasL, du TNF (TNF RI), de TRAIL peuvent induire l apoptose des cellules après fixation de leur ligand spécifique : leur partie intra cellulaire comprend un FADD DD TRAF2 motif appelé Death Domaine (DD) permettant la transduction du signal conduisant à l activation de caspases. o D autres récepteurs (expl : TNF RII) possèdent dans leur partie intra cellulaire un motif permettant le recrutement des protéines adaptatrices de type TRAF permettant la transduction du signalconduisant à l activation du facteur de transcription NF B. caspase 8 Apoptose NF B Activation

Les chimiokines Les chiomokines sont de petites molécules : 8 à 12 kda Structure des chimiokines La famille des chimiokines se subdivisent en sous groupes ayant des caractéristiques communes : locus 4q21 21 structurales (nombres de cystéines conservées (C), nombre d acides aminées (X) compris entre la 1 ère et la 2 ème cystéine), locus 17q11.2 21 locus 1q23 génomique (localisation chromosomique). NH2 COOH feuillet feuillet feuillet hélice 1 2 3 locus 16q13

Les chimiokines et leurs récepteurs Une chimiokine donnée peut lier différents récepteurs. Différentes chimiokines peuvent lier un même récepteur («récepteur partagé»). chimiokines CC Les «récepteurs spécifiques» ne lient qu une seule cytokine (seuls 4 récepteurs décrits à ce jour). chimiokines CXXXC chimiokines CXC

Les récepteurs de chimiokines Les récepteurs de chimiokines sont des RCPG : NH2 7 hélices trans membranaires G G G Récepteurs p à 7 domaines transmembranaires Couplés à une Protéine G pour la transduction du signal. COOH Un rôle important des chimiokines est leur capacité à induire le chimiotactisme de leucocytes (migration des cellules selon un gradient de chimiokines). Les chimiokines sont également impliquées pq dans : exocytose des granules intracytoplasmiques (dégranulation) production de cytokines, prolifération maturation et différentiation T organogénèse angiogénèse chimiokine chimiotactisme

Modulation de l expression du récepteur de chimiokine : Internalisation du récepteur après interaction avec son ligand : diminution de son expression à la surface des cellules («desensibilisation») ce mécanisme joue notamment un rôle dans la rétention des cellules du système immunitaire au sein des organes lymphoïdes ou des sites d inflammation. L activation cellulaire ou encore l interaction des cellules avec certaines cytokines peuvent augmenter ou diminuer l expression des récepteurs à la membrane. chimiokine internalisation recyclage vésicule endosomale neosynthèse activation cellulaire dégradationd

Les cytokines sont une famille de messagers intercellulaires impliqués dans : - l inflammation (cf. cours immunité innée) - la réponse immunitaire (plusieurs expl seront donnés dans les cours sur la coopération cellulaire et les réponses effectrices humorales et cellulaires, ) - l hématopoïèse.

Cytokines et différenciation des progéniteurs hématopoïétiques Hématopoïèse : maintient de la formule sanguine, répondre rapidement et de façon contrôlée aux situations d urgence, telle qu une infection sévère au cours de laquelle le nombre de globules blancs peut augmenter de façon significative. Ce phénomène résulte de l effet de cytokines produites par les lymphocytes T activées (IL 3, GM CSF, IL 5, IL 6 ) ou encore par les macrophages, les cellules endothéliales ou les fibroblastes (G SCF, M SCF, IL 6 ). IL 7 Lymphocyte Mégacaryocyte IL 3 IL 6 EPO GM CSF Plaquette Erythroblaste IL 3 EPO Erythrocyte Cellule souche Promyélocyte Monoblaste IL 1, IL 3 IL 4, IL 6 GM CSF G CSF IL 3, IL 4 M CSF GM CSF IL 6 IL 5 IL 3 GM CSF G CSF Eosinophile Basophile Neutrophile hl Monocyte